專利名稱：雙眼虹膜的采集方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物特征識(shí)別及信息安全的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙眼虹膜的采集方法和裝置。
背景技術(shù)：
生物特征識(shí)別技術(shù)因?yàn)樯锾卣?指紋、虹膜、臉像等等)自身固有的特性使得它超越和替代傳統(tǒng)的身份識(shí)別技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)的可能，并且已經(jīng)在一些國家和地區(qū)的特定應(yīng)用領(lǐng)域開始被推廣和使用。其中虹膜識(shí)別在身份識(shí)別的準(zhǔn)確性方面表現(xiàn)尤為突出，同時(shí)因?yàn)槠洫?dú)特的生理結(jié)構(gòu)，使得虹膜識(shí)別技術(shù)具有構(gòu)建更加安全的社會(huì)環(huán)境的應(yīng)用潛力。但是，虹膜識(shí)別出色的準(zhǔn)確性是建立在總是能采集到理想的虹膜圖像的基礎(chǔ)之上的，而實(shí)際應(yīng)用環(huán)境很難保證這樣的基礎(chǔ)，這正是虹膜識(shí)別技術(shù)在推向大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用中面臨的主要困難。這種非理想的虹膜圖像對(duì)于后續(xù)的識(shí)別會(huì)帶來兩個(gè)主要的問題其一，同一虹膜不同次采集的多樣性增加；其二，單次采集的有效信息的損失和干擾信息的增加。這樣最終在匹配時(shí)表現(xiàn)為類內(nèi)距離增大或者類間距離減小，從而降低識(shí)別性能。
虹膜屬于眼球這一人體獨(dú)特的內(nèi)部生理器官的外部可見組織，具有一些獨(dú)有的特性研究表明，人用兩只眼睛觀察一個(gè)固定目標(biāo)時(shí)比只用一只眼睛更容易保持頭部的穩(wěn)定和平衡。正常狀態(tài)下，人的左右眼球和上下眼瞼的動(dòng)作是趨同的。同時(shí)雖然人類存在體型等個(gè)體差異，但是雙眼之間距離的變化很小，虹膜的外徑的變化幅度極小?，F(xiàn)有的虹膜識(shí)別都是基于單只眼睛的虹膜，如果利用特定的裝置實(shí)現(xiàn)同時(shí)采集被識(shí)別者的兩只眼睛的虹膜，提高所采集的虹膜圖像的穩(wěn)定性，將會(huì)有效降低上述的兩個(gè)問題對(duì)現(xiàn)有虹膜識(shí)別性能的不利影響。但是目前已經(jīng)公開的文獻(xiàn)資料，還沒有關(guān)于同時(shí)采集人的雙眼虹膜圖像的方法以及相應(yīng)的采集裝置方面的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有虹膜識(shí)別技術(shù)在推向大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題，提出了一種同時(shí)采集人的雙眼虹膜圖像的方法和相應(yīng)的采集裝置，從而提高虹膜身份識(shí)別的性能。
本發(fā)明中雙眼虹膜的采集方法的步驟是1、將被采集者的左、右眼球分別處于左、右兩個(gè)半透半反鏡中；2、利用主動(dòng)近紅外光作為成像光源，散射后射出形成面光源，使得虹膜表面得到均勻的光照；利用兩個(gè)偏振方向垂直的偏振片使用于左、右眼睛虹膜的成像光的振動(dòng)方向相互垂直；3、根據(jù)成像光源投射在瞳孔內(nèi)所成的像的清晰度判定所采集的虹膜圖像是否清晰，將清晰的虹膜圖像進(jìn)行保存。
本發(fā)明利用人類雙眼之間的距離和虹膜外徑的穩(wěn)定性，雙眼聚焦和定位的平穩(wěn)性，以及左右眼球和上下眼瞼運(yùn)動(dòng)的趨同性，使得采集時(shí)雙眼虹膜和成像平面保持較好的平行，并能讓得到的左、右虹膜圖像具有對(duì)稱性，并且在多次采集中保持穩(wěn)定。
本發(fā)明利用半透半反鏡引導(dǎo)被采集者處于適當(dāng)?shù)奈恢茫⒗冒胪赴敕寸R在垂直方向上的大小來縮小所采集的原始圖像中虹膜大小的變化幅度，而且使得雙眼虹膜因?yàn)轭^部的偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn)限制在一個(gè)可以控制的范圍內(nèi)；左右眼睛虹膜的成像光的振動(dòng)方向相互垂直可以減少成像光源對(duì)虹膜圖像的交叉干擾。
判定所采集的虹膜圖像是否清晰的方法采用目前通用的圖像清晰度計(jì)算方法，以此選擇應(yīng)當(dāng)保存的虹膜圖像并完成采集。本發(fā)明僅計(jì)算成像光源投射在瞳孔內(nèi)所成的像是否清晰來判定所采集的虹膜圖像是否清晰，可以大大減少計(jì)算量，從而提高計(jì)算速度。
本發(fā)明中雙眼虹膜的采集方法所使用的裝置包括平行設(shè)置的左右采集鏡頭，采集板設(shè)置在左右采集鏡頭的正前方；采集板上依次設(shè)置有左右半透半反鏡、左右偏振片、左右散射板，并且左右半透半反鏡、左右偏振片、左右散射板與左右采集鏡頭位置對(duì)應(yīng)，其中左右散射板靠近左右采集鏡頭設(shè)置；主動(dòng)近紅外光源設(shè)置在左右散射板后方，左右采集鏡頭分別與左右攝像頭連接并連接至微處理器；左右采集鏡頭、左右攝像頭、主動(dòng)近紅外光源和感應(yīng)器件分別與控制電路連接。左右偏振片的偏振方向垂直；左右半透半反鏡為長方形，設(shè)置在左右偏振片和左右散射板的中心位置，根據(jù)現(xiàn)有人類學(xué)和生物學(xué)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，設(shè)置左右半透半反鏡的長度35mm≤A≤45mm，寬度11mm≤B≤15mm，左右半透半反鏡的中心距離75mm≤H≤85mm。
半透半反鏡因?yàn)槠溏R面效應(yīng)使之能夠迅速吸引被采集者的注意，并引導(dǎo)被采集者處于適當(dāng)?shù)奈恢谩８袘?yīng)器件作用是檢測(cè)被采集者的位置，當(dāng)被采集者處于有效的采集位置時(shí)，輸出提示信號(hào)，驅(qū)動(dòng)控制電路，啟動(dòng)采集進(jìn)程，可以采用接近開關(guān)或者紅外測(cè)距器等等器件。主動(dòng)近紅外光源產(chǎn)生近紅外光作為成像光源，通過散射板進(jìn)行散射以獲得面光源的成像效果，然后利用偏振片進(jìn)行調(diào)制。偏振片分為左右兩片，且調(diào)制方向相互垂直，使得左右虹膜的成像光的振動(dòng)方向相互垂直，以避免左右成像光源的交叉干擾?？刂齐娐夫?qū)動(dòng)主動(dòng)近紅外光源和采集鏡頭并提供開始采集的信號(hào)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路被打開時(shí)，首先激勵(lì)主動(dòng)近紅外光源使之產(chǎn)生近紅外光并打開攝像頭，然后輸出開始采集的信號(hào)啟動(dòng)一個(gè)采集進(jìn)程，同時(shí)驅(qū)動(dòng)采集鏡頭的變焦馬達(dá)，產(chǎn)生確定范圍和時(shí)間段的連續(xù)變焦。采集鏡頭和攝像頭采用現(xiàn)有產(chǎn)品，例如精工SE5018鏡頭和WATEC902H攝像頭，在采集鏡頭連續(xù)變焦的范圍內(nèi)，攝像頭按照確定的時(shí)間間隔并在每個(gè)間隔內(nèi)采集左、右虹膜圖像各一幅，然后保存在微處理器的圖像緩存中。微處理器對(duì)緩存中的每幅圖像進(jìn)行瞳孔粗定位處理，計(jì)算位于瞳孔中成像光源所成的像的清晰度，以此為判據(jù)分別找出左、右眼虹膜的圖像序列中最清晰的圖像，然后保存這兩幅圖像并結(jié)束采集進(jìn)程。采集鏡頭、攝像頭和微處理器的連接和采集過程采用現(xiàn)有的虹膜識(shí)別的常用方法。
本發(fā)明是一種利用人類雙眼之間的距離和虹膜外徑的穩(wěn)定性、雙眼聚焦和定位的平穩(wěn)性、以及左右眼球和上下眼瞼運(yùn)動(dòng)的趨同性等人的生理特性來同時(shí)采集人的雙眼虹膜圖像，可以在實(shí)際應(yīng)用中獲得更加穩(wěn)定的虹膜圖像和更為豐富的虹膜紋理特征信息的方法和裝置。
由于本發(fā)明采用的左、右半透半反鏡完全相同且中心在同一水平線上，同時(shí)鏡片在垂直方向的尺寸只比實(shí)際虹膜的直徑稍大，被采集者可以在左右鏡片中同時(shí)觀察到自己左右眼的虹膜，當(dāng)左右鏡片中的虹膜都完整時(shí)，可以使得被采集者的頭部基本保持水平，所以此時(shí)采集的虹膜的旋轉(zhuǎn)角度可以被限制在較小的范圍內(nèi)，而且左右虹膜的旋轉(zhuǎn)角度大致相同。
由于本發(fā)明同時(shí)采集雙眼的虹膜圖像，因此可以獲得更加豐富的虹膜圖像紋理信息；而且因?yàn)檫@種采集更加符合人的日常狀態(tài)，所以在實(shí)際使用中的多次采集狀態(tài)下，使得采集到的虹膜圖像保持更好的穩(wěn)定性；又因?yàn)樽笥已矍蚝蜕舷卵鄄€運(yùn)動(dòng)的趨同性和對(duì)稱性，使得在定位計(jì)算時(shí)，左右虹膜圖像的虹膜方位參數(shù)可以互為參考，因此計(jì)算耗費(fèi)遠(yuǎn)小于單幅圖像定位的兩倍。
由于本發(fā)明采用偏振片，而且左右偏振片的偏振方向相互垂直，因此可以避免左右成像光源在虹膜成像時(shí)自身的像的交叉干擾。
由于本發(fā)明采用接近開關(guān)或者紅外測(cè)距器等感應(yīng)器件，使得只有當(dāng)被采集者在確定的范圍內(nèi)，采集裝置才開始工作，因此能夠延長主動(dòng)近紅外光源，攝像頭等損耗器件的使用壽命，可以增強(qiáng)實(shí)際使用中虹膜采集裝置的無人值守性能。


圖1是本發(fā)明中裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中采集板的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
本發(fā)明雙眼虹膜的采集裝置如圖1和圖2所示，左右采集通道完全相同。半透半反鏡9鑲嵌在采集裝置面向被采集者的前面板上，引導(dǎo)被采集者處于適當(dāng)?shù)奈恢?。?dāng)被采集者處于有效的采集位置時(shí)，接近開關(guān)1輸出提示信號(hào)，驅(qū)動(dòng)控制電路2，控制電路2觸發(fā)近紅外光源5和采集鏡頭6，并提供開始采集的信號(hào)啟動(dòng)采集進(jìn)程。近紅外光源5產(chǎn)生近紅外光作為成像光源，通過散射板7進(jìn)行散射以獲得面光源的成像效果，然后利用偏振片8進(jìn)行調(diào)制。偏振片8分為左右兩片，且調(diào)制方向相互垂直，使得左右虹膜的成像光的振動(dòng)方向相互垂直，以避免左右成像光源的交叉干擾。當(dāng)采集進(jìn)程啟動(dòng)后，首先激勵(lì)主動(dòng)近紅外光源5使之產(chǎn)生近紅外光并打開攝像頭4，然后輸出開始采集的信號(hào)啟動(dòng)一個(gè)采集進(jìn)程，同時(shí)驅(qū)動(dòng)采集鏡頭6的變焦馬達(dá)，產(chǎn)生確定范圍和時(shí)間段的連續(xù)變焦。攝像頭4在連續(xù)變焦的范圍內(nèi)，按照確定的時(shí)間間隔并在每個(gè)間隔內(nèi)采集左、右虹膜圖像各一幅，然后保存在微處理器3的圖像緩存中。微處理器3對(duì)緩存中的每幅圖像進(jìn)行瞳孔粗定位處理，計(jì)算位于瞳孔中成像光源所成的像的清晰度，以此為判據(jù)分別找出左、右眼虹膜的圖像序列中最清晰的圖像，然后保存這兩幅圖像并結(jié)束采集進(jìn)程。
該裝置的使用操作過程當(dāng)被采集者移動(dòng)到距離采集裝置外露的采集端的確定范圍內(nèi)時(shí)，感應(yīng)器件觸發(fā)采集端的紅色指示燈，提示被采集者已經(jīng)處于合適的采集距離，被采集者可以通過半透半反鏡9觀察自己的左右虹膜的像以調(diào)整自己的位置，直至半透半反鏡9中左、右虹膜的像都保持完整，并且在垂直方向上基本充滿了整個(gè)半透半反鏡9，此時(shí)紅色指示燈滅，提示被采集者采集進(jìn)程已經(jīng)開始，保持自己的位置，直至綠色指示燈亮，示意被采集者結(jié)束采集狀態(tài)。當(dāng)被采集者接近到距離接近開關(guān)1正前方50cm的范圍內(nèi)時(shí)，就會(huì)觸發(fā)接近開關(guān)1；半透半反鏡9的參數(shù)是當(dāng)光的波長λ＞700nm時(shí)，透射，其余反射；當(dāng)紅色指示燈滅的同時(shí)，采集進(jìn)程開始，控制電路2驅(qū)動(dòng)采集鏡頭6的變焦馬達(dá)在兩秒的時(shí)間內(nèi)連續(xù)遍歷鏡頭的整個(gè)焦距范圍，采集鏡頭6使用精工SE5018自動(dòng)光圈、電動(dòng)變焦鏡頭，然后攝像頭4每間隔100ms各采集左、右虹膜圖像一幅，即在整個(gè)采集周期內(nèi)，左右各采集了20幅圖像存入圖像緩存。本實(shí)施例中采用WATEC902H攝像頭，左、右采集通道利用相同型號(hào)的器件組成兩個(gè)完全對(duì)稱和獨(dú)立的采集通道。然后微處理器3對(duì)左右圖像序列進(jìn)行相同的處理，先對(duì)每幅圖像進(jìn)行瞳孔粗定位，然后進(jìn)行大小和亮度歸一化，并計(jì)算光源所成的位于瞳孔內(nèi)的像的平均亮度、亮度的均方差和像素點(diǎn)數(shù)，在滿足平均亮度大于180，像素點(diǎn)數(shù)大于150時(shí)，均方差最小的最為清晰的圖像，由此從左、右圖像序列中各找出一幅圖像作為該次采集的結(jié)果存入存儲(chǔ)器，采集進(jìn)程完成。
權(quán)利要求
1.雙眼虹膜的采集方法，其特征在于該方法包括以下步驟①將被采集者的左、右眼球分別處于左、右兩個(gè)半透半反鏡中；②利用主動(dòng)近紅外光作為成像光源，散射后射出形成面光源，使得虹膜表面得到均勻的光照；利用兩個(gè)偏振方向垂直的偏振片使用于左、右眼睛虹膜的成像光的振動(dòng)方向相互垂直；③根據(jù)成像光源投射在瞳孔內(nèi)所成的像的清晰度判定所采集的虹膜圖像是否清晰，將清晰的虹膜圖像進(jìn)行保存。
2.采用權(quán)利要求1方法所使用的裝置，其特征在于該裝置包括平行設(shè)置的左右采集鏡頭，采集板設(shè)置在左右采集鏡頭的正前方；采集板上依次設(shè)置有左右半透半反鏡、左右偏振片、左右散射板，并且左右半透半反鏡、左右偏振片、左右散射板與左右采集鏡頭位置對(duì)應(yīng)，其中左右散射板靠近左右采集鏡頭設(shè)置；主動(dòng)近紅外光源設(shè)置在左右散射板后方，左右采集鏡頭分別與左右攝像頭連接并連接至微處理器；左右采集鏡頭、左右攝像頭、主動(dòng)近紅外光源和感應(yīng)器件分別與控制電路連接；所述的左右偏振片的偏振方向垂直。
3.如權(quán)利要求2所述的雙眼虹膜的采集裝置，其特征在于左右半透半反鏡為長方形，設(shè)置在左右偏振片和左右散射板的中心位置，其長度35mm≤A≤45mm，寬度11mm≤B≤15mm，左右半透半反鏡的中心距離75mm≤H≤85mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙眼虹膜的采集方法及相應(yīng)的裝置。目前虹膜識(shí)別技術(shù)存在難以穩(wěn)定的獲得理想的虹膜圖像的問題。本發(fā)明方法是首先將被采集者的左、右眼球分別處于左、右兩個(gè)半透半反鏡中；然后使虹膜表面得到均勻的光照，調(diào)整用于左、右眼睛虹膜的成像光的振動(dòng)方向相互垂直；最后將清晰的虹膜圖像進(jìn)行保存。同時(shí)本發(fā)明給出了采用該方法所使用的裝置。本發(fā)明充分利用人的雙眼的生理和物理特性，使得采集時(shí)雙眼虹膜和成像平面保持較好的平行，并能讓得到的左、右虹膜圖像具有對(duì)稱性，并且在多次采集中保持穩(wěn)定。
文檔編號(hào)G02B27/28GK101021901SQ200710067470
公開日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2007年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月13日
發(fā)明者葉學(xué)義 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)